أول صورة أشعة سينية لذرة واحدة تفتح الأفق لاختراعات مقبلة

أعلن فريق من العلماء في جامعة “أوهايو” الأمريكية عن تصويرهم لأول مرة ذرة واحدة منفصلة عن طريق الأشعة السينية، وهو ما يعد إنجازًا في مجال الكيمياء الجزيئية، ويفتح المجال أمام تطوير تقنيات عديدة في مجالات مختلفة.

ونشرت نتائج الدراسة مجلة “نيتشر” العلمية بعددها الصادر في 1 من حزيران الحالي، وهو ما يعتبر تطورًا مهمًا، ويفتح المجال أمام عدة تقنيات، مثل تكنولوجيا الحواسيب الكمومية، أو تصنيع أدوية جديدة أكثر فعالية.

وتعد الذرة أصغر جزء في الكون، والمكوّن الأساسي للمادة، ويفيد تصوير الذرة، الذي أصبح ممكنًا بفضل تقنيات جديدة للمسح الضوئي بالأشعة السينية، في تحديد طبيعتها الكيماوية.

سابقًا، كان أفضل ما توصل إليه العلماء هو تصوير عينات ذريّة بوزن اتوغرام واحد (يعادل 10 مرفوعة للأس سالب 18 من الغرام)، ما يمثل عشرة آلاف ذرة تقريبًا.

ما الفوائد؟

بالإضافة إلى أن هذا المسح الضوئي لذرة واحدة يزيد من فهم الخصوصيات الكيماوية والفيزيائية لمختلف المواد بأكبر دقة ممكنة، يمكن بعد هذا الاكتشاف تطوير تطبيقات في مجالات عدة، كمجال أشباه الموصلات التي تدخل في تكوين الحواسيب.

وقد يُمكّن هذا الإنجاز الجديد من حماية الصحة الجسدية عبر الكشف عن مواد سامة دقيقة موجودة في الهواء أو الماء أو التربة ولو بكميات قليلة، كما يمكن أن يسهم في كشف مبكر ودقيق للأورام السرطانية، ويساعد في فهم أفضل لعمل الخلايا فيما يسمى بـ”البيولوجيا الجزيئية”.

ويسهم هذا الكشف في تطور مجال الكيمياء الجزيئية، ما يعزز تطوير أدوية شديدة الفعالية.

آلية التصوير

يرجع السبب في عجز العلماء سابقًا عن تصوير ذرة واحدة إلى ضعف الأشعة السينية التي تنتجها، ما يجعل الكشف عنها باستخدام أجهزة الرصد التقليدية أمرًا مستحيلًا.

وحتى يتمكن العلماء من رصد الأشعة الناتجة عن ذرة مفردة فقط، طوروا أجهزة الرصد التقليدية إلى أخرى متخصصة، وُضعت في مكان قريب جدًا من العيّنة المختبَرة حتى يمكنها التقاط الإلكترونات المثارة بالأشعة السينية، ومن ثم رصدها بدقة فائقة، وتُعرف هذه التقنية باسم “مجهر الأشعة السينية التزامنية النفقي الماسح”.

وتعد هذه التقنية فعالة في تحديد نوع عناصر المواد بشكل مباشر عبر رصد الأطياف التي تتركها هذه العناصر، إذ تشبه هذه الأطياف بصمات الأصابع، حيث يكون كل منها فريدًا وكاشفًا عن ماهية العنصر بالتحديد.

وفي عام 2019، تمكن فريق بحثي من معهد العلوم الأساسية التابع لجامعة “إيهوا”، بمدينة سول في كوريا الجنوبية، من التقاط صورة بتقنية الرنين المغناطيسي لذرة واحدة فقط.